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[技能]水草育成の照明
2012年9月7日UP

■水草育成の照明を考える

っと、その前にご注意いただきたいのは、このページはとくに私のノウハウやキャリアを支点に考えをまとめていることです。学術的な内容や裏付けはもちろんある程度、踏まえているつもりですが、あまり細かく解説してもややこしくなるのでかなり割愛もしています。あらためてご理解いただけたらと思います。

では最初に『光のことを考えてみる』を前提にし、私が水草育成の照明について考えるもとになる部分からです。

このグラフは「太陽光」「色素の吸収」「光合成作用」のスペクトルを重ねました。縦の軸はそれぞれ種類が違うのですが、あくまでもヒントをみつけるためにあえて。そしてこのグラフから私は3つポイントを読み取ってみました。

赤のラインA/このラインは発光強度に置き換え、理想的位置として6割の高さに引きました。基本的には各波長のピークは高かろうと低かろうととにかく平均であることが理想だと考えます。それは、発光強度の不足は光量を増やせば上へ持ち上げられるという理屈からです。(物理的に電球の数を2倍にすれば発光強度の高さは2倍です。ちょっと極端な仮定ですが、意味合い的にはシンプルで解りやすいと思ったので、あしからず)

赤のラインB/波長450前後は水草の生長・生育に必要なポイントとして。ピークが望ましい。

赤のラインC/波長500前後は赤系水草を鮮やかに発色させるために必要なポイントとして。ピークが望ましい。

以上です。おそらく赤の波長650〜700のあたりを私がポイントとしてあげていないことに気がつくと思います。これには理由が2つあり、ひとつは水草用でもこのあたりを強調しているライトがありますが、観賞としてはとても赤みが強く不自然になってしまうこと。もうひとつ、これが一番の理由なのですが、このあたりの「色素の吸収」スペクトルのピークは葉緑素のクロロフィルaとbにあたります。その手前の「赤のラインB」の波長450前後のピークも同じクロロフィルa・bです。つまりBさえピークがしっかり高いならば波長650〜700の役割を代用できる(補えている)、と想定して差し支えないと考えているからです。よって波長650〜700は観賞として必要最低限あれば、生育面にはとくにピークとして強調していなくても問題ない、ということです。

これから例に表すグラフには目安として、ABCのラインと「光合成作用スペクトル」を下敷きにしました。ではいきましょうか。

 

▼蛍光灯について

水草用から家電までいろいろ調べたうち、例に選んだ蛍光灯はあえて家電のNECの「ホタルックFRESH色」のスペクトルにしてみました。お手持ちのADAカタログを参考に比べてもらうとわかりますが、水草育成で代表的なADAのNAランプと不思議なくらい波長がそっくりなんです。ということは、リーズナブルな市販ものならこれが一番っぽい。
たまたま極端な例を見つけることができましたが、同じような昼白色のタイプでもメーカーによってスペクトルはけっこう違います。しかし個人的には実はどれでもあまり変わらないようだと思ってたりします。それは蛍光灯はとても短期間で劣化し、最初の波長を長期で維持できないだろう、とうことからです。
で、蛍光灯のスペクトルはだいたいほとんどがこんなかんじにトゲトゲしてます。なんか異質な印象がありますがこれは蛍光灯の発光の特徴で、線スペクトルと連続スペクトルをあわせもつためピークが尖ってしまうのです。重要なのはトゲトゲしながらでも波長は連続し、しかも各波長(色調)のピークが多いところ。例にあげた蛍光灯でとくによいのはBとCのピークがしっかりありますよね。それ以外にも、UV域の420、色味の550・580・620など多彩。ただスペクトル全体としては一見、低いように見えます。ところが水草育成では当たり前、蛍光灯の本数を増やして強光にすることで解決。光量を増やせば発光強度のAのラインは比例して高くなります。水草育成の実績についても周知の通りです。
※グラフの解説/縦軸の「相対発光強度」とは光の一番高い強さを1.0とした場合の軸で、光の強さそのものを表しているわけではありません。

 

▼メタルハライドランプ

下のグラフはADAのNAMH-150Wをもとに一応イメージ的にデフォルメしました。メタハラはメーカーや色温度によって強調するピークがけっこう違うので、あえてピークの少ないこのタイプをベースに例にしてみたわけです。水草育成用のメタハラの基本的な特徴は、連続した波長が端から端まで発光強度に厚みがあり平均的なこと。つまりAのラインが理想的。観賞としての表現力も太陽光に近く、この例のような波長は水草育成に向いているのは言うまでもありませんね。

 

▼ここまでのまとめ

生育に特化すれば、最低限「Bのライン」と「Cのライン」のように色素の受光容態が求める波長部分のピークをポイントとして考えればよいと思います。ちなみにそれぞれ製品によって強調する波長をもつタイプは、観賞面での好みや生育する水草の特徴にあわせて求めることになるでしょう。
しかし、水草レイアウトではいろんな色合いや特徴をもつ水草を1つの水槽内で自然下のように健康的に育成することが大前提なはず。ならば「Bのライン」と「Cのライン」に特化せず、「Aのライン」を保った照明(=太陽光に近い光)が一番ふさわしく、また目標とするスペクトルラインとなるでしょう。

 

 

■これからのベーシック、LEDライト

私たちの生活の光にはecoブームと技術の発達のおかげで低電力のLEDが主流となりはじめましたよね。そしてアクア界へも一気に浸透しはじめた昨今、水草育成にもだいぶ広がりはじめました。

しかしLEDの光はこれまで主流の蛍光灯やメタルハライドランプとはある意味ぜんぜん異なる性質なのですが…
さて、やっとここまでたどり着きました。ま、けっきょく私が『光のことを考えてみる』、そしてこのページを執筆した目的は、水草育成をするためのLEDライトについて書きたかったに他ありません。今現在(2012年9月)、水草育成可能とうたわれるLEDライトなら水草はそこそこ育つことは認識してます。しかしです、波長からみるとあまりにもまだ課題が多いことがみえてきます。趣味屋の私が気になるのに、どうもメーカーによってはこの辺りをおざなりにしているのか、ふれないようにしているのか読めず、腑に落ちずにいました。もし、私たちの知識の浅さにつけ込まれているとしたら、差し出がましいですが趣味屋の常識としてみんなが波長のことは知っているべきではないか、と思ったからです。なんだかわからないまま使うより、少なくても私たちが求める性能の製品を選択して使いたいじゃないですか。

 

▼まず基本、家電用LEDライト

蛍光灯やメタルハライドランプは太陽光と同じ連続波長であることに対して、LEDはもともとピンポイントの波長しか出せない単一波長。本来は、青は青、緑は緑、黄は黄、赤は赤とその領域の波長しか出せませんでした。そして白色LEDの登場。主に青色に黄色蛍光体を混ぜたりして強制的に白色に見せています(方法はいくつかありますが)。多色の蛍光体を混ぜることで波長は擬似的に連続しました。しかし単一の電球としては表現できる波長やそのピークは必要最小限であり、どれも似通っています。

下のグラフは白色LEDの多くにみられる波長です。青色がベースなため、強い青色を黄色で調整しているからこんな波長となっています。 球にもよりますが、この例ですとBとCは低い位置ですね。また、必然とUVもなく、青色と黄色以外の波長は低い。

下のグラフは電球色LEDに多くみられる波長です。こちらは青色を低めに黄色を強調しているため、それ以外が凹んでいます。ただBCに対して波長650〜700が高いので、意外に水草がよい感じに育ちそうに見えますよね。でも実際は電球色LEDの特徴として発光強度が低く、また赤みが強すぎます。水草が育つくらいの照度にしたとしても観賞的には夕焼け色。

 

▼アクア用LEDライト

アクア用でも一気に出そろったのが観賞用でした。そうした中でやっと水草育成用として2012年6月に新登場したのがADAアクアスカイ。しかもなぜか「世界初」という、うたい文句付き!? 目が点になりましたが、まあ、とにかくインパクトが必要だったのでしょう。そおゆうメーカーになってきたのは残念ですけどね。
それはそうと、スペクトルは下記のようなかんじです。おやおや、市販の白色LEDとそっくり…。実は観賞用の他のメーカーのLED球のスペクトルともほぼ変わりません。まあそれでもBの位置がぴったり当てはまっているのは、ちゃんと考えがあってのものでしょう。配列もすべて白色LED球なため、視覚はやや青みがかって見えます。グリーン球的ともいえなくないのでこれは好みでしょうね。
ちなみに私のアイディアでは、例えば1列か部分的に少しでも電球色LEDを配列すると、観賞的にもやわらかくなり、波長500以降も厚みがますので生育的にもよい結果が得られるのではないか、と思いました。いかがでしょう、よかったらADAさん、検討してください。

で、戻りますが、なぜBだけの特徴でなぜ「水草用」と言えるのか?簡単です、実物を見たらおわかりですが、やたら明るい(球の数が多い)=照度が高い。要は強光にすることでAのラインを上に押し上げているのですね。下のグラフは例えで3倍にしてみました。Cがずいぶん上に上がりました。これで「小を量で補う方式」がおわかりいただけると思います。
と、いやらしく解説してしまいましたが、私的にはこれもひとつの方法として当然アリだと考えてます。
※補足/このタイプのLEDは特定の波長のみしか発光していません。よって、単色LEDのアクアスカイに対して「上記の小を量で補う方式」はピークのある450前後、550前後は押し上がりますが、もともと光源のない部分の400前後や480前後は理論的に3倍グラフのようには押し上がらないと思われます。私が片寄った波長配列や単色配列のLEDライトで実践検証したうち、有茎草やミクロソリウム類の成長には影響がありませんでしたが、ボルビティス類に限ってはほとんど育たないことがわかりました。


▼illumagic Advance/P model(2011年11月〜2014年6月販売終了)

さて、2011年に及ばずながら私はillumagic Advance P model(水草育成専用)の開発に少し関わらせていただきましたので、やっぱりこちらで締めさせてもらいます。もう、ごちゃごちゃ言うより球の配列からどうぞ。

上は、1ユニットに対してです。照度は1ユニットで68W(ただし約2.5倍になるといわれる「オプティカルレンズ」を搭載してますので、目安として約150〜170W程度の明るさになっているはずです。実際の消費電力は50Wですから省エネですね)。cool whiteは白色LED、Neutral whiteは電球色、それに赤色の波長を補うバイオレット球、水草の生育に相乗効果が期待できるUV球からなります。下記がそのスペクトル(おおよそです)。

Bは当然ピンポイント。そして全体的に厚みがあり、波長のポイントが豊かに表現できています。もちろん視覚的も吟味した結果で、メタハライドランプの6,500から10,000kの中間くらいの黄色すぎず白すぎず、各水草の鮮やかさも引き立つ表現を得ることができました。
ただ、今回、こうして一通りのスペクトルを見直したことで、このP modelにも少し気になる点が明確に。それは、Cのあたりの波長500域。この凹みをあともう少しだけでも押し上げたいところ。実はこの希望は以前からメーカーに提案しています。そして新たな球配列によって解決することも見通しはたっています。
ただ現状でも問題でないといえば問題ない。単色LEDライトとは違い、目的の波長のLED球を搭載してかつ高照度で現状でも解決されているようなものだからです(各個体のサイズはオーバースペック設定となっているため)。そのため早急なマイナーチェンジにまだ至っていませんが、もしかすると今回のこのページをきっかけにillumagic社さんが応えてくれるかも、とちょっと期待していたりして。(追記/結局、叶いませんでした…)

 

▼Aqua Sunrise Plant(2014年10月発売〜)

日本の水草専用LEDライト最高峰だと自負していたAdvanceも2014年6月に販売終了し、その後継として開発したのがこのAqua Sunrise Plantです。開発にはAdvanceで得たノウハウから波長に微調整を加え、私が考える理想の水草育成波長に近づけることができた点につきます。
では最も球数の多いAqua Sunrise Plant 900で解説します。(600は波長450前後のピークが高く測定されますが、以外の波長起伏構造はほぼ同じです)

400~410nm UV
CREE X-lamp XTE ROYAL BLUE 450-460nm 5W
475~485nm Cyan blue
510~520nm Green
CREE X-lamp XTE R5 8000-10000K 5W Cool white
CREE X-lamp XTE Q4 2200-3700K 5W Warm white
670nm Deep Red

全体のバランス的には、水草の生長・生育に最もピークが望ましいBラインの波長が増えています。そのため波長450以降の波長が低くなっていますが、あくまでも相対発光強度の最高点を1としたバランスなので、照度自体が下がったわけではありませんのでご注意ください。
一見、某水草用ライトの波長形状に似てます。しかしよく見るとおおきく違う点が3箇所あります。
(1)波長400あたりのUVの箇所
(2)波長500〜530あたりを膨らませている箇所
(3)波長650〜670あたりのピーク
です。ではその意図についてです。


上グラフのままではわかりにくいのでAdvanceの波長の2番目のピークにあわせて比べたのが下のグラフです。3つのポイントをより詳しく説明します。

(1)波長400あたりのピークについて
このUVの箇所はあえて下げることにしました。これはAdvanceでの実用で確信がもてた重要な箇所です。Advanceの光源をフルピークに設定した場合、有茎草のような日光直下で生育する水草にはUVは問題なく相乗効果として役割を果たしていたと思います。しかし木陰で生育するような陰性水草(主にシダ類)に限っては葉焼けをおこしてしまうことがありました(ミクロソリウム類には影響がありませんでしたが、ボルビティスだけにみられました)。しかし自然下では直射日光があたらない箇所でもUVは量は減ってもちゃんと存在しています。それを踏まえると有茎草にも陰性植物にもUVを排除するのは不自然だと考えます。そこで私がレイアウトにシダ類をメインに使用してから試みた調光は、朝(UVはごく低く)、日中(全球ピーク設定のなかUVのみ半分で)、以降日暮れ設定までさらにUVをもとの半分ずつ徐々に減らす設定にしました。もちろんとくにボルビティスの生育は良好となり、他の水草にも問題なく良好な設定だと判断できました。この経験を踏まえて、やはりあくまでも自然下同様、UVは存在意義があるもとのして量は減らしてでも残したのでした。

(2)波長500〜530あたりのピークについて
この箇所はAdvanceのレポート時から気になっていた波長部分です。想定より波長480あたりの凹みから550までの起伏が開き、少し深すぎるように思いました。色素の吸収波長としては水草育成にそれほど影響がある部分ではないものの、光合成作用波長からみるとどうしても気になってしまいます。そこでその部分を膨らませて起伏を浅くするために「CREE X-lamp XTE ROYAL BLUE 450-460nm 5W」「475~485nm Cyan blue」「510~520nm Green」のブルーからグリーンまでの連続した3種の球を加えて膨らませてみました。

(3)波長660あたりのピークについて
そしてもうひとつ気になっていたのが光合成作用の波長670あたりのピーク。Advanceではその手前の波長630にしかピークをもっていけてませんでした。今回、Aqua Sunrise Plantの開発にあたり、イレギュラーで「670nm Deep Red」球があることを知り、どうしても導入したかったため、準備に時間がかかり少し発売が遅れてしまいました。でも待った甲斐あって実測660あたりと球の数値よりやや落ちたものの、それでも想定に近い位置にピークをもってくることができ、その恩恵として波長の幅もより広くすることを実現できた次第です。

 

NEW ▼Aqua Sunrise Plant(2014年12月マイナーチェンジ〜)

私が実際にAqua Sunrise Plant 900を120cm水槽で使用した感想です。照度の数値的にはAdvanceよりもやや低いにもかかわらず視覚と感覚でみてあきらかに水草の光合成反応(気泡の出方や新芽の出方)が著しく、組み直した新たな波長は想定以上の結果を出してくれました。なにしろシダ類を多用している私の水槽では強すぎると感じ、調光設定で下げたほどでした。石組みや有茎草メインの水槽では間違いなくフルパワーで申し分ないでしょう。

ただ、実測の波長グラフからでいうと、波長480〜500あたりの凹みはだいぶ改善していたものの、もう少しなだらかにできたらより私の理想になるだろうと思いました。おそらく水草の生育にそれほど目に見える影響をあたえる数値レベルではないかもしれまが、私的には重要視していた部分。このままでも十分だと思ったものの一応お伝えしていたところ、日本代理店とメーカーさんはその意図をくんでいただけました。解決策として初期バージョンで搭載していたLED「510~520nm Green」チップに変わる『490~510nm Cyan』LEDチップを新たに開発。



400~410nm UV
CREE X-lamp XTE ROYAL BLUE 450-460nm 5W
475~485nm Cyan blue
490~510nm Cyan(※初期のグリーン球から変更になりました)
CREE X-lamp XTE R5 8000-10000K 5W Cool white
CREE X-lamp XTE Q4 2200-3700K 5W Warm white
670nm Deep Red

490~510nmに変更することで波長480〜500あたりの凹みがよりなだらかになりました。これでAqua Sunrise Plantの波長のこだわりのポイントが4つになりました。

前回同様、わかりやすいように波長の2番目のピークを光合成作用との接点にあわせたのが下のグラフです。

GRASSY AQUAが考える水草の観賞にベストなカラーバランと育成にベストな波長バランスのAqua Sunrise Plantの規格としてはこれが最終バージョンだと位置づけます。
ちなみに本機のLEDは専用規格チップの組み合わせでなりたちますが、これは簡単に交換が可能な仕組みです。オプションのLEDチップを使うと、簡単にオリジナルの波長バランスに変更が可能。
例えば5W球のCool Whiteのいくつかを暖色系のNeutral Whiteに変更し、さらに3W球部分のCyanやBlue球あたりを630nmや670のRed球に変更すれば波長のおしり部分がよりふくらむことでしょう。野菜のレタスなんかの赤色LED球を使った水耕栽培と同じで、水草の生長はよくなるかもしれません。ただしこの例えでは観賞的には夕方のような色味になってしまいますのであしからず。

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